Groene elektriciteit kampt met grondstoffencrisis

Willen we de opwarming van het klimaat binnen de perken houden, dan moeten we tegen 2050 al onze elektriciteit klimaatneutraal opwekken. Daarvoor moet de hoeveelheid elektriciteit die we met zonnepanelen en windmolens opwekken volgens het volgens het Internationaal Energieagentschap (IEA) ongeveer vertwintigvoudigen.

Ook transport moet elektrisch. In 2017 kwamen iets meer dan een miljoen nieuwe elektrische auto’s op de weg, wat het totaal op ruim drie miljoen brengt. Ze worden steeds goedkoper. Experts schatten dat ze tussen 2020 en 2025 met de klassieke auto zullen wedijveren. Wetenschappers aan de Vrije Universiteit Brussel verwachten dat tegen 2030 een kwart van de wereldwijd verkochte auto’s hybride of volledig elektrisch rijdt, goed voor een kleine 140 miljoen nieuwe elektrische wagens per jaar.

Die enorme aangroei van windmolens, zonnepanelen en elektrische voertuigen zal de vraag naar bekende en minder bekende metalen doen stijgen. ‘Slagen we er niet in de stijgende behoefte aan metalen te dekken, dan kan dat stokken steken in de wielen van de energietransitie’, zegt Elmer Rietveld, ingenieur aan de Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk onderzoek (TNO).

De TNO identificeerde recent zeventien metalen die belangrijk zijn voor de energietransitie en waarvoor een ‘nooit geziene toename’ van de ontginning nodig is. Ook de Europese Commissie houdt nauwlettend een lijst bij met zogenoemde ‘kritieke grondstoffen’, waarvan de bevoorrading onzeker is. Voor sommige essentiële grondstoffen kan dat al tegen 2030 problematisch worden.

Dat is onder meer het geval voor lithium en kobalt, onderdelen van de populaire lithiumionbatterijen, en voor indium en zilver, nodig voor zonnepanelen. Ook de beschikbaarheid van neodymium, praseodymium en dysprosium kan een probleem vormen. Die zogenoemde zeldzame aarden zitten in magneten die cruciaal zijn in bepaalde types windmolens en in elektrische motoren. Een gemiddelde elektrische fiets bevat ongeveer 85 gram neodymium, een elektrische auto zo’n 800 gram.

We moeten rekenen op een forse toename van de vraag naar zulke grondstoffen. De Wereldbank verwacht dat de vraag naar batterijmetalen als nikkel, aluminium, lithium en kobalt tegen 2050 met meer dan 1000 procent zal toenemen, in een scenario waarin we de opwarming tot twee graden Celsius proberen te beperken. Volgens sommige schattingen moeten we tussen nu en 2025 jaarlijks een nieuwe lithiummijn openen om de vraag te kunnen volgen. Voor cruciale metalen in windmolens en zonnepanelen verwacht de Wereldbank ruwweg een verdubbeling van de vraag.

Niet zeldzaam, wel corrupt

Het probleem is niet zozeer dat de stoffen in kwestie schaars zijn. Als je enkel kijkt naar de voorraden die in de aardkorst aanwezig zijn, komen we voor de meeste elementen nog voor eeuwen toe. Zelfs de zeldzame aarden zijn, anders dan de naam doet vermoeden, helemaal niet zeldzaam. Wel zijn er niet zoveel ertsen die rijk genoeg zijn aan zeldzame aarden om ontginning economisch rendabel te maken.

Waarom zijn zoveel experts dan onzeker over de beschikbaarheid van kritische stoffen? Doorgaans heeft dat meer te maken met geopolitieke factoren dan met fysieke schaarste. De echte moeilijkheid is dat een aantal cruciale grondstoffen vooral uit politiek instabiele of corrupte landen komt. Uit een onderzoek van het International Institute of Sustainable Development (IISD) blijkt dat ongeveer 70 procent van de reserves aan kobalt, grafiet, molybdeen en seleen zich in staten bevindt die kwetsbaar zijn voor conflicten en politieke instabiliteit.

Bovendien zijn we voor sommige elementen afhankelijk van een beperkt aantal leveranciers. Zo’n 95 procent van de zeldzame aarden komt uit China, 65 procent van het kobalt komt uit Congo. Daar staan issues als mensenrechten en milieu doorgaans niet hoog op de agenda.

In Congo, ook een belangrijke leverancier van tantaal, tin, koper en goud, is de ontginning van kobalt gelinkt met uitbuiting, geweld en kinderarbeid. Volgens Amnesty International komt ongeveer een vijfde van het Congolese kobalt uit kleine, artisanale mijnen, waar de veiligheidsmaatregelen vaak te wensen overlaten.

Zeldzame aarden komen vaak samen voor met de radioactieve elementen thorium en uranium. De ontginning kan daardoor erg vervuilend zijn. De Bayan Obomijn nabij Baotou in Binnen-Mongolië is de grootste mijn voor zeldzame aarden ter wereld. De streek is er sterk vervuild door de chemicaliën die mijnbouwers gebruiken bij de ontginning en door thoriumhoudend afval uit bezinkingsbekkens. Voorts is een onduidelijke hoeveelheid zeldzame aarden afkomstig uit illegale mijnbouw, waarvan geen gegevens over mensenrechten en milieuzorg bekend zijn.

Waartoe de afhankelijkheid van één of een beperkt aantal leveranciers kan leiden, werd in 2011 duidelijk. China voerde toen strenge exportquota voor zeldzame aarden in. De prijs van sommige metalen vertienvoudigde. Inmiddels zijn die prijzen weer gedaald. ‘Die daling is vermoedelijk slechts tijdelijk’, zegt Koen Binnemans (KU Leuven). China voert een heel bewuste politiek rond zeldzame aarden, aldus de expert in kritieke metalen. ‘Door de prijzen aanvankelijk laag te houden, hebben buitenlandse mijnen en bedrijven die in recycling investeerden de deuren moeten sluiten. China heeft vervolgens handig gebruik gemaakt van zijn monopolie en de prijzen opgetrokken. Om ze daarna weer te laten zakken en zo nieuwe buitenlandse initiatieven te torpederen.’

‘Het lijkt officieel niet zo, maar China hanteert nog steeds exportquota’, zegt Binnemans. ‘Het land wil zijn grondstoffen zo duur mogelijk verkopen. Het verandert tegelijk van een exporteur in een importeur.’ China is momenteel de grootste koper van kobalt, lithium en nikkel. ‘Dat doet het deels om de enorme binnenlandse vraag te dekken: vandaag rijden naar schatting 200 miljoen elektrische fietsen rond in China. Verder exporteert het land liever afgewerkte producten als batterijen en motoren dan metalen. Dat vormt een bedreiging voor onze eigen clean tech-industrie.’

Harde les

De zeldzame-aardencrisis van 2011 is een wake-up call geweest. ‘Europa hoopte onafhankelijk te worden van China. Inmiddels is duidelijk dat ons dat absoluut niet zal lukken’, zegt Binnemans. ‘Het is mogelijk dat de crisis zich herhaalt’, besluiten ook experts van het European Rare Earths Competency Network (ERECON) in een rapport. Om onze afhankelijkheid van een beperkt aantal dubieuze leveranciers te verminderen, schuiven experts drie oplossingen naar voren: kritieke metalen zoveel mogelijk vervangen, recyclen, en nieuwe mijnen openen. Geen van die drie is evident.

Kritieke elementen vervangen door andere lukt maar tot op zekere hoogte. ‘Voor neodymium in magneten hebben we nog geen goed alternatief, en dat zal er wellicht ook niet snel komen’, denkt Binnemans. Hoewel elektrische-autobouwer Tesla voor zijn eerste modellen motoren zonder zeldzame aarden gebruikte, is de fabrikant daarvan afgestapt. Motoren met neodymium zijn compacter en efficiënter. En hoewel er ook batterijen zonder kobalt bestaan, lijkt het erop dat de li-ionaccu mét kobalt de dominante technologie wordt. De energiedichtheid en compactheid zijn hoger. Ook windmolens zonder magneten – of neodymium – zijn een optie, alleen zijn die minder efficiënt en vragen ze meer onderhoud. Dat maakt ze minder geschikt voor offshoretoepassingen.

Massaal recyclen dan maar. Al hebben we ook daar een aantal hindernissen te overwinnen. Om recycling rendabel te maken, moeten materiaalverwerkers genoeg afgedankte producten binnenkrijgen. Dat is voor de relatief jonge groene technologieën vaak nog niet het geval, al kan dat snel veranderen. Doorgaans zijn producten ook niet ontworpen om te worden gerecycled. ‘Fabrikanten focussen vrijwel uitsluitend op hoe hun groene technologie presteert, en niet op hoe ze die circulair kunnen ontwerpen’, zegt Rietveld.

Het kost te veel moeite om producten uit elkaar te halen en de waardevolle materialen te recupereren. Dat is onder meer het geval voor elektrische motoren. ‘Die belanden nu gewoon op de schroothoop en de zeldzame aarden zijn we kwijt’, zegt Peter Tom Jones, expert duurzaam materialenbeheer aan de KU Leuven. In het door de KU Leuven gecoördineerde Demeterproject ontwikkelden onderzoekers een prototype van een elektrische motor waarvan de magneten wél makkelijk te verwijderen en recyclen zijn. Het zal nog even duren voor die is opgeschaald en op de markt komt.

Dan is het nog de vraag of bedrijven interesse tonen. ‘Er is al heel wat technologie beschikbaar om zeldzame aarden te recyclen, maar het gebeurt nauwelijks’, zegt Jones. ‘Het is goedkoper om nieuw ontgonnen metalen te kopen.’ De zeldzame-aardencrisis is een harde les geweest, aldus Jones. ‘Europa heeft toen enorm geïnvesteerd in onderzoek naar recycling van zeldzame aarden. Dat heeft veel technische oplossingen opgeleverd. En hoeveel zijn er inmiddels commercieel toegepast? Niet één. Ze kunnen niet op tegen de goedkope zeldzame aarden uit China.’

Een laatste uitdaging is afgedankte producten op de juiste plek krijgen. Volgens Recupel, dat afgedankte elektronica inzamelt, slingeren bij Belgische gezinnen meer dan drie miljoen oude gsm’s rond, minstens één per gezin. Terwijl die waardevolle metalen bevatten. Het Belgische metaalbedrijf Umicore recyclet vandaag al kobalt, koper, nikkel en lithium uit batterijen en mobiele telefoons. De pilootinstallatie van het bedrijf in Hoboken kan jaarlijks 7.000 ton afgedankte batterijen en elektronica verwerken. Dat komt overeen met zo’n 35.000 autobatterijen, 2 miljoen fietsbatterijen, of 250 miljoen mobiele-telefoonbatterijen. ‘Jaarlijks produceren fabrikanten 1,5 miljard smartphones‘, zegt Marjolein Scheers (Umicore). ‘De afgedankte toestellen zouden genoeg kobalt kunnen opleveren voor 2 miljoen elektrische auto’s.’

Geen mijn in mijn tuin

Zelfs als we erin slagen veel beter te recyclen, zal er meer mijnbouw nodig zijn. Met de enorm groeiende vraag naar kritieke metalen kan dat niet anders. Hoe zorgen we er dan voor dat we duurzaam ontginnen? ‘Er bestaan richtlijnen voor verantwoorde mijnbouw, maar die moeten dan wel worden nageleefd’, zegt Rietveld. ‘In de praktijk is daar weinig toezicht op, en valt het moeilijk te achterhalen waar metalen precies vandaan komen.’ ‘We willen meer transparantie bij de toeleveringsketens’, zegt Clare Church van het IISD. ‘Nu weten we amper wie het goed doet en wie niet.’

De Europese Unie heeft een nieuwe regelgeving ingevoerd die moet garanderen dat Europese bedrijven vanaf 2021 geen conflictmineralen meer invoeren. Zulke mineralen liggen aan de basis van mensenrechtenschendingen, corruptie en geweld. Maar die regels gelden enkel voor tin, tantaal, wolfraam en goud. ‘De meeste groene conflictmineralen vallen niet onder de nieuwe regelgeving‘, merkt het IISD op. ‘Bestaande regels zouden ook op alle mineralen voor groene technologie van toepassing moeten zijn, in de eerste plaats op kobalt, zeldzame aarden en lithium.’

Jones is sceptisch. ‘In de praktijk komt er weinig terecht van die mooie ethische principes. De meeste bedrijven zijn in de eerste plaats geïnteresseerd in de prijs van hun grondstoffen. Het milieu en ethische principes komen helaas meestal pas op de tweede plaats.’

Waarom de grondstoffen dan niet gewoon dichter bij huis halen, waar verantwoorde ontginning meer voor de hand ligt? ERECON wijst op het potentieel om zeldzame aarden in Europa te winnen, onder meer in Zweden en Groenland. De ontginning zou er nog voor 2020 van start kunnen gaan. Ze zou de Europese vraag naar zeldzame aarden decennialang kunnen dekken. Europa beschikt ook over kobalthoudende ertsen in Griekenland, Cyprus en Macedonië. ‘Die zijn minder rijk en kunnen daardoor niet concurreren met kobalt uit Congo’, zegt Binnemans. ‘Dat kan veranderen als we bereid zouden zijn iets meer te betalen voor ons kobalt’.

‘In de huidige situatie kunnen we zonder overheidssteun geen nieuwe mijnen openen of de industrie voor de verwerking van de ertsen op poten zetten’, zegt Jones. ‘En dat is in strijd met de Europese regels rond vrije marktwerking. Terwijl één nieuwe mijn voor zeldzame aarden ons bevoorradingsprobleem in één klap zou oplossen. Als je ziet hoe andere landen zoals China, de Verenigde Staten en Japan wél effectief hun belangen beschermen, zijn we in Europa naïef.’

Nieuwe mijnbouwprojecten maken weinig enthousiasme los. Niemand wil een mijn in zijn achtertuin. De Zweedse Nora Kärrmijn zou in haar eentje de Europese vraag naar zeldzame aarden voor de komende vijftig jaar kunnen dekken. Een petitie met 45.000 handtekeningen stak – voorlopig – een stokje voor de ontginning. ‘In West-Europa willen we schone technologie, maar we willen niet dat de metalen die daarvoor nodig zijn hier worden ontgonnen’, zegt Jones. ‘Laat ze dat maar in China of Congo doen. Zo wentelen we de milieu-impact af op het Zuiden. Sta mij toe dat hypocriet te noemen.’

Volgens Jones moet het anders, en snel. ‘Als we de overgang naar een klimaatvriendelijke economie serieus nemen en minder afhankelijk willen zijn van de rest van de wereld, hebben we dringend nood aan beleid dat inzet op maximaal recyclen van kritieke metalen én verantwoorde mijnbouw in Europa.’